Fosfori (P), Fosfaatti (PO4) ja Fosfaattipuskuri

Mitä ovat fosfori ja fosfaatti:
Fosfaatti PO₄^3- (yleisin muoto ortofosfaatti) on negatiivisesti varautunut ioni, joka koostuu hapesta ja fosforista. Se on fosforihapon suola ja itse fosforia ei alkuaineena yksistään esiinny lainkaan luonnossa. Numero 4 ilmaisee kemiallisessa merkinnässä happiatomeiden määrän ja numero ^3- tarkoittaa, että fosfaattilla on kolmen arvoinen negatiivinen varaus. Fosfori on pakollinen rakennusaine, sekä kaloille, että kasveille, mutta sitä ei tarvita kerrallaan suuria määriä, kuten monet akvaarioharrastajat luulevat. Näin siitäkin huolimatta, että vaikka kyseessä onkin makro-, eikä mikroravinne. Fosforin on jopa arvioitu loppuvan maapallolta seuraavan 50 vuoden aikana, maatalouden suuren kulutuksen vuoksi. Fosforia löytyy luonnossa kivistä ja maaperästä, sekä ihmisten toimesta lannoitteista ja pesuainepäästöistä.


Tarvitaanko fosforia ja mihin?
Fosfori on makroravinne (eli makromineraali = kivennäisaine), jota kasvit käyttävät ravinteenaan. Se on pakollinen aine niin kaloille kuin kasveillekkin. Kasvit käyttävät sitä adenosiinitrifosfaatin(ATP) ja nukleiinihappojen rakennusaineeksi ja eläimet luuston hyvinvointiin ja solutason happo-emäs-tasapainoon. Kasvien kuivapainosta jopa 2% on fosforia. Valitettavasti myös levät käyttävät fosforia ravinteenaan ja vieläpä huomattavasti tehokkaammin kuin kasvit, minkä vuoksi fosforia ei haluta esiintyvän suuria määriä kerrallaan akvaarioissa.
Luonnossa vesistöissä, etenkin merissä, fosforin saanti on usein kasvua rajoittava tekijä, koska sitä on usein saatavilla vähemmän kuin muita ravinteita ja se kuuluu kaikkein tärkeimpien ravinteiden joukkoon (muut ovat hiili, typpi ja rauta). Varovaisten arvioiden mukaan noin 50% maapallon kaikesta hapesta tulee merestä ja tarkemmin yhteyttävistä pieneliöistä, lähinnä fyto- eli kasviplanktoneista. Tämä ei ole ihme, koska 70% maapallon pinta-alasta on merta ja 99% maapallon elintilasta on merta. Jos tällainen hapentuotanto ehtyisi esim. fosfaatin loppumisen vuoksi, olisivat seuraukset tuhoisat ja korjaamattomat.

Fosfaatti vs. Kalkki ja Magnesium (eli veden kokonaiskovuus):

Kun kalkilla ja/tai magnesiumilla kovetettuun veteen (Ca⁺⁺ ja Mg⁺⁺) lisätään fosfaattia (tai jos fosfaattia on jo valmiiksi runsaasti), niin fosfaatti yhdistyy kalkkiin elektronisten varausten vuoksi ja syntyy veteen liukenematonta kalsiumfosfaattia (sekä fosfaatti-, että Ca- ja Mg-pitoisuus laskee). Syntyvän reaktioyhtälön tasapainottumista varten tarvitaan 3 kalkki ionia(Ca⁺⁺ * 3 = +6) ja 2 fosfaatti ionia(PO₄^-3 * 2 = -6): Ca⁺⁺ + PO₄^-3 = Ca₃(PO₄)₂. Näin ollen voidaan todeta, että fosfaatti pehmentää kovaa vettä ja toisaalta lisäämällä akvaarioon kalkkia, saadaan vähennettyä akvaarioveden fosfaattipitoisuutta. Kalsiumfosfaatti ajautuu lappoimuriin ja suodattimeen ja sitä kautta akvaariosta pois. Edellä mainittu toimii kuitenkin vain neutraalissa tai emäksisessä vedessä, koska hapan vesi hajottaa kalsiumfosfaatin alkutekijöihinsä. Myös lämpötilalla on merkitys hajoamisessa eli mitä happamampaa ja mitä lämpöisempää vesi on, niin sitä tehokkaammin kalsiumfosfaatti hajoaa, eivätkä ks. aineet vaikutakkaan edellä esitellyllä tavalla.

Fosforin puute kaloissa ja akvaariokasveissa:
Kaloissa fosforin puute aiheuttaa ruokahaluttomuutta, luuston rappeutumista (kalkki irtoaa luusta -> decalsifikaatio) ja happo-emästasapainon järkkymisen, jonka säätelyssä fosfori on tärkeässä osassa (toimii solutasolla puskurina). Fosforia on kalojen ruumiinrakenteessa niin monissa paikoin rakennusaineena, että kala ei voi elää ja kasvaa terveenä ilman riittävää fosforin saantia. Kasveissa fosforin puute näkyisi juurten ja siten myös koko kasvin esim. lehtien heikkona ja hitaana kasvuna. Fosfori on nimittäin myös osallisena yhteyttämisessä. Kasvien kukinto kärsii selvästi fosforin puutteesta ja lehtien värit voivat vääristyä: ilmestyy tummia läiskiä, lehtisuonet, sekä varret punertavat ja sinisen ja punaisen sävyjä ilmaantuu muutoinkin kasvien eri osiin.

Mistä fosfaattia tulee akvaarioon:
Akvaarioon fosfaattia päätyy lähinnä kalanruokien (sisältävät usein 0,5 - 1% fosforia) mukana (erityisesti äyriäisperäisten ruokien) ja niitä syövien kalojen, rapujen ja kotiloiden ulosteissa (esim. taimenten ulosteissa on mitattu olevan jopa 2,6% fosfaattia), sekä virtsassa, mutta myös pienempiä määriä saattaa tulla jo valmiiksi hanavedenkin mukana (kaivoveden mukana voi tulla suuriakin määriä). Ilmassa fosfaattia on vain mitättömiä määriä pölyyn sitoutuneena, joten fosfaattia ei käytännössä ilman kautta akvaarioon tule. Erityisen paljon fosfaattia saattaa tulla esim. poikasaltaaseen, jos poikasia ruokitaan kananmunankeltuaisella tai akvaarioon, jossa kaloja ruokitaan maksalla esim. naudanmaksalla. Jos akvaariossa ei ole jostain syystä lainkaan fosforia, niin sitä kannattaa ainakin kasvialtaisiin tarvittaessa lisätä kaliumdivetyfosfaattina KH₂PO₄ (myös natriumdivetyfosfaattia NaH₂PO₄ voidaan käyttää, mutta ensin mainittu on parempi vaihtoehto), mutta normaali kala-altaissa lisäys tuskin on kuitenkaan tarpeen.

Oikeat pitoisuudet:
Eri typen muotojen lisäksi myös fosforia eri muodoissaan tulisi olla akvaariovedessä suhteellisen vähän. Makeanveden akvaariossa sopiva pitoisuus fosfaattia on ehdottomasti alle 1 mg/l, mutta jopa paljon alle 0.5 mg/l saa olla ongelmitta ja merivesiakvaarioissa < 0.1 mg/l (merivesiakvaarioissa fosfaattia kuluu eliöstön ja mineraalien ansiosta tehokkaasti). Kasviakvaariossa sopiva pitoisuus on 0.2 - 0.6 mg/l. Sen lisäksi, että fosforia tulisi olla vain vähän eri muodoissaan (fosfaatit), niin sitä tulisi olla myös oikeassa suhteessa typen määrään (eli nitraatti, nitriitti, ammonium ja ammoniakki). Oikea määrä on moolisuhteena 16 kertaa vähemmän kuin typpeä ja 106 vähemmän kuin hiiltä.

Liian suuret pitoisuudet:
Haitat: Liiallinen fosforin määrä akvaariossa estäisi myös muiden ravinteiden imeytymistä eli haittaisi kasvien ja kalojen kasvua, koska ne eivät saisi enää riittävän tehokkaasti esim. rautaa, sinkkiä, kalsiumia, mangaania, kuparia, booria ja kalsiumia. Tällöin saattaa ilmetä kasveissa oireita, jotka ovat pohjimmiltaan fosfaatin syytä, mutta oireet ovat sen mukaisia mitä edellä mainittujen aineiden puutteesta koituisi. Suurin haittapuoli fosforissa kuitenkin on se, että liiallinen fosfaatin määrä akvaariossa saa levät kukkimaan ja kasvamaan räjähdysmäisesti, eivätkä kasvit edes tarvitse fosforia kovin suuria määriä.
Fosfaatin poistaminen: Silloin kun fosfaattia on akvaariovedessä > 2 mg/l on jo syytä ryhtyä poisto toimenpiteisiin. Fosfaattia poistuu vedestä viikottaisissa vedenvaihdoissa, kalojen ruokinnan vähentämisellä ja kalastomäärän pienentämisellä. Ongelmaan on kuitenkin olemassa myös kaupallisia kemikaaleja esim. Seran Phosvec (sitovat fosfaatin veteenliukenemattomaan muotoon, jolloin se saostuu akvaarion pohjalle ja päätyy lopulta suodattimeen) tai tarkoitukseen valmistetulla suodatusmateriaalilla esim. zeoliitti tai Seran Phosvec Granulat (sitoo fosfaatin pysyvästi itseensä, kunnes suodatusmateriaali vaihdetaan uuteen).

Fosfaattipuskuri:  
Fosfaatti toimii myös tehokkaana puskurina, sekä kalojen elimistössä, että myös akvaariovedessä, estäen pH-arvon heilahduksia. Juuri tästä syystä fosfaattia ei tulisi yrittää poistaa akvaariosta liian nopeasti tai ainakin olisi syytä huolehtia, että KH-arvo on riittävän korkealla ennen fosfaatin vähentämistä. Eräs fosfaatti puskureista koostuu kahdesta ionista: yksiemäksestä fosfaatti-ionista ja kaksiemäksisestä ionista(käyttäytyy heikkona happona). Kun pH-arvo pyrkii laskemaan vety(H⁺) ionien lisääntyessä, niin yksiemäksinen fosfaatti-ioni eli vetyfosfaatti ottaa vastaan tämän positiivisesti varautuneen vedyn(eli hapon) -> (Kalan verenkierrossa:) HPO₄²⁻ + H⁺ = H₂PO₄^- tai (akvaariovedessä:) HPO₄^2- + H⁺ = H₂PO₄^- + H₂O, näin ionien määrän tasapaino säilyy pH:n säilyessä vakaana. Kun taas veteen tuodaan hydroksidi-ioni OH^- eli emästä, niin divetyfosfaatti H₂PO₄^- vapauttaa yhden vety-atomeistaan -> (Kalan verenkierrossa:) H₂PO₄⁻ = HPO4²⁻ + H⁺ -> H⁺ + OH^- = H₂O tai (akvaariovedessä:) H₂PO₄- + H₂O = HPO₄^2- + H⁺ → H₂O. Käytännössä siis fosfaattipuskurijärjestelmä pyrkii muodostamaan akvaarioveteen tulevista hapoista ja emäksistä vettä eli "hukkaa" ylimääräiset happo ja emäs ionit.

Lue fosfaatin vaikutuksesta levän kasvuun ja yhteydestä nitraatti-pitoisuuteen täältä.